專利名稱：一種無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于吸收式熱泵以及低品位能源利用領(lǐng)域，尤其涉及一種無運動部件的擴(kuò) 散吸收式熱變換器。
背景技術(shù)：
二十世紀(jì)七十年代以來，世界性的能源危機(jī)促進(jìn)了吸收式熱泵的快速發(fā)展。吸 收式熱變換器，也稱升溫型熱泵，可以充分利用在石油化工、冶金、動力等工業(yè)用能中產(chǎn)生 的大量工業(yè)低溫廢熱，使之品位升高后重新被生產(chǎn)工藝過程所直接利用。已經(jīng)投入商業(yè)應(yīng) 用的傳統(tǒng)吸收式熱變換器主要以H2CVLiBr為工質(zhì)，但由于機(jī)械式溶液泵運行的溫度較高， H2CVLiBr溶液的強(qiáng)腐蝕性限制了它的廣泛應(yīng)用。擴(kuò)散吸收式制冷機(jī)是通過制冷劑向擴(kuò)散氣體中擴(kuò)散獲得降溫的效果，系統(tǒng)內(nèi)部基 本上沒有壓差，所以利用熱驅(qū)動的氣泡泵就可以推動吸收劑和制冷劑在系統(tǒng)中流動，無需 使用高溫溶液泵和制冷劑泵。本發(fā)明將擴(kuò)散吸收式制冷機(jī)循環(huán)原理應(yīng)用到傳統(tǒng)吸收式熱變換器中，提出無運動 部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器，循環(huán)工質(zhì)除了吸收劑和制冷劑外，還包括了擴(kuò)散劑。采用了擴(kuò) 散劑吸收模塊實現(xiàn)了擴(kuò)散劑向發(fā)生器中的輸送過程，使得制冷劑在低于吸收器的溫度下仍 然能夠在發(fā)生器中發(fā)生。系統(tǒng)內(nèi)部基本上是等壓的，沒有運動部件。采用熱驅(qū)動氣泡泵即 能實現(xiàn)吸收劑溶液和制冷劑的同時泵送。所以無需傳統(tǒng)吸收式熱變換器中的機(jī)械式高溫溶 液泵和制冷劑泵，可完全不消耗寶貴的電能工作，提高了運行的可靠性。特別適用于中低溫 熱資源豐富，電力緊張，同時又需要使用高溫?zé)岬膱龊?，有良好的?yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器。無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器包括發(fā)生分離模塊、制冷劑吸收模塊和擴(kuò)散劑 吸收模塊三部分；發(fā)生分離模塊包括發(fā)生器、提升管、第一氣液分離、精餾裝置、冷凝器和第 二氣液分離器；發(fā)生器的第一端口與第一回?zé)崞鞯牡诙丝谙噙B，發(fā)生器的第二端口與第 二回?zé)崞鞯牡诙丝谙噙B，發(fā)生器的第三端口與提升管的底部進(jìn)口相連，提升管的頂部出 口經(jīng)第一氣液分離器的第一端口插入第一氣液分離器高度的1/2以上，第一氣液分離器的 第二端口與第一調(diào)節(jié)閥的第一端口相連，第一氣液分離器的第三端口與第二調(diào)節(jié)閥的第一 端口相連，第一氣液分離器的第四端口與精餾裝置的第一端口相連，精餾裝置的第二端口 與冷凝器的第一端口相連，冷凝器的第二端口與第二氣液分離器的第一端口相連，第二氣 液分離器的第二端口與第二吸收器的第一端口相連，第二氣液分離器的第三端口與蒸發(fā)器 的第一端口相連；制冷劑吸收模塊包括蒸發(fā)器、第一吸收器、第一儲液器、第一回?zé)崞骱偷?一調(diào)節(jié)閥；蒸發(fā)器的第二端口與第一吸收器的第一端口相連，第一吸收器的第二端口與冷 凝器的第一端口相連，第一吸收器的第三端口與第一回?zé)崞鞯牡谒亩丝谙噙B，第一吸收器 的第四端口與第一儲液器的第一端口相連，第一儲液器的第二端口與第一回?zé)崞鞯牡谝欢?口相連，第一回?zé)崞鞯牡谌丝谂c第一調(diào)節(jié)閥的第二端口相連；擴(kuò)散劑吸收模塊包括第二吸收器、第二儲液器、第二回?zé)崞骱偷诙{(diào)節(jié)閥；第二吸收器的第二端口與第二回?zé)崞鞯牡?四端口相連，第二吸收器的第三端口與第二儲液器的第一端口相連，第二儲液器的第二端 口與第二回?zé)崞鞯牡谝欢丝谙噙B，第二回?zé)崞鞯牡谌丝谂c第二調(diào)節(jié)閥的第二端口相連。所述的冷凝器的位于熱變換器最高的位置，第二氣液分離器的位置低于冷凝器的 位置，蒸發(fā)器的位置低于第二氣液分離器的位置，第一吸收器的位置低于蒸發(fā)器的位置，第 一儲液器的位置低于第一吸收器的位置，第二儲液器的位置低于第二吸收器的位置，第一 回?zé)崞鞯奈恢玫陀诘谝粌σ浩鞯奈恢?，第二回?zé)崞鞯奈恢玫陀诘诙σ浩鞯奈恢茫s裝 置的位置低于冷凝器的位置，第一氣液分離器的位置低于精餾裝置的位置，提升管的位置 低于第一氣液分離器的位置，第一氣液分離器的第二端口高于第一吸收器的第三端口和第 一調(diào)節(jié)閥的位置，第一氣液分離器的第三端口高于第二吸收器的第二端口和第二調(diào)節(jié)閥的 位置。所述的第一調(diào)節(jié)閥和第二調(diào)節(jié)閥為手動截止閥、自動截止閥、流量調(diào)節(jié)閥或毛細(xì) 管。制冷劑為水、碳烴類、烴的鹵化物、醇類或醚類中的一種或多種。擴(kuò)散劑為氫氣、惰性氣 體、碳烴類、烴的鹵化物或二氧化碳。吸收劑為鹽類、醇類或醚類、酮類、胺類、醛類或離子液 體中的一種或多種。本發(fā)明與傳統(tǒng)的吸收式熱變換器相比，不再使用傳統(tǒng)吸收式熱變換器中的高溫機(jī) 械式溶液泵和制冷劑泵，具有以下有益效果
1)采用熱驅(qū)動氣泡泵同時泵送吸收劑溶液和制冷劑液體，可完全不消耗寶貴的電能 就能工作。2)沒有運動部件，徹底解決了機(jī)械式溶液泵在高溫下的腐蝕難題，極大地提高了 運行的可靠性。


附圖是無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器結(jié)構(gòu)示意圖中發(fā)生器1、提升管2、第一氣液分離器3、精餾裝置4、冷凝器5、第二氣液分離器6、 蒸發(fā)器7、第一吸收器8、第一儲液器9、第一回?zé)崞?0、第二吸收器11、第二儲液器12、第二 回?zé)崞?3、第一調(diào)節(jié)閥14、第二調(diào)節(jié)閥15。
具體實施例方式如附圖所示，無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器包括發(fā)生分離模塊、制冷劑吸收 模塊和擴(kuò)散劑吸收模塊三部分；發(fā)生分離模塊包括發(fā)生器1、提升管2、第一氣液分離器3、 精餾裝置4、冷凝器5和第二氣液分離器6 ；發(fā)生器1的第一端口 Ia與第一回?zé)崞?0的第 二端口 IOb相連，發(fā)生器1的第二端口 Ib與第二回?zé)崞?3的第二端口 13b相連，發(fā)生器1 的第三端口 Ic與提升管2的底部進(jìn)口相連，提升管2的頂部出口經(jīng)第一氣液分離器3的第 一端口 3a插入第一氣液分離器3高度的1/2以上，第一氣液分離器3的第二端口北與第 一調(diào)節(jié)閥14的第一端口 Ha相連，第一氣液分離器3的第三端口 3c與第二調(diào)節(jié)閥15的第 一端口 1 相連，第一氣液分離器3的第四端口 3d與精餾裝置4的第一端口如相連，精餾 裝置4的第二端口 4b與冷凝器5的第一端口 fe相連，冷凝器5的第二端口恥與第二氣液 分離器6的第一端口 6a相連，第二氣液分離器6的第二端口 6b與第二吸收器11的第一端口 Ila相連，第二氣液分離器6的第三端口 6c與蒸發(fā)器7的第一端口 7a相連；制冷劑吸收 模塊包括蒸發(fā)器7、第一吸收器8、第一儲液器9、第一回?zé)崞?0和第一調(diào)節(jié)閥14 ；蒸發(fā)器7 的第二端口 7b與第一吸收器8的第一端口 8a相連，第一吸收器8的第二端口 8b與冷凝器 5的第一端口 fe相連，第一吸收器8的第三端口 8c與第一回?zé)崞?0的第四端口 IOd相連， 第一吸收器8的第四端口 8d與第一儲液器9的第一端口 9a相連，第一儲液器9的第二端口 9b與第一回?zé)崞?0的第一端口 IOa相連，第一回?zé)崞?0的第三端口 IOc與第一調(diào)節(jié)閥14 的第二端口 14b相連；擴(kuò)散劑吸收模塊包括第二吸收器11、第二儲液器12、第二回?zé)崞?3 和第二調(diào)節(jié)閥15 ；第二吸收器11的第二端口 lib與第二回?zé)崞?3的第四端口 13d相連， 第二吸收器11的第三端口 Ilc與第二儲液器12的第一端口 1 相連，第二儲液器12的第 二端口 1 與第二回?zé)崞鞯?3第一端口 13a相連，第二回?zé)崞?3的第三端口 13c與第二 調(diào)節(jié)閥(15)的第二端口(15b)相連。所述的冷凝器5的位于熱變換器最高的位置，第二氣液分離器6的位置低于冷凝 器5的位置，蒸發(fā)器7的位置低于第二氣液分離器6的位置，第一吸收器8的位置低于蒸發(fā) 器7的位置，第一儲液器9的位置低于第一吸收器8的位置，第二儲液器12的位置低于第 二吸收器11的位置，第一回?zé)崞?0的位置低于第一儲液器9的位置，第二回?zé)崞?3的位 置低于第二儲液器12的位置，精餾裝置4的位置低于冷凝器5的位置，第一氣液分離器3 的位置低于精餾裝置4的位置，提升管2的位置低于第一氣液分離器3的位置，第一氣液分 離器3的第二端口北高于第一吸收器8的第三端口 8c和第一調(diào)節(jié)閥14的位置，第一氣液 分離器3的第三端口 3c高于第二吸收器11的第二端口 lib和第二調(diào)節(jié)閥15的位置。所述的第一調(diào)節(jié)閥14和第二調(diào)節(jié)閥15為手動截止閥、自動截止閥、流量調(diào)節(jié)閥或 毛細(xì)管。制冷劑為水、碳烴類、烴的鹵化物、醇類或醚類中的一種或多種。擴(kuò)散劑為氫氣、惰 性氣體、碳烴類、烴的鹵化物或二氧化碳。吸收劑為鹽類、醇類或醚類、酮類、胺類、醛類或離 子液體中的一種或多種。所述的擴(kuò)散劑為沸點低于制冷劑，密度小，不與制冷劑、吸收劑發(fā)生反應(yīng)的氣體。所述的吸收劑為能吸收制冷劑和擴(kuò)散劑的溶劑。所述的發(fā)生器1、冷凝器5、蒸發(fā)器7、第一吸收器8、第二吸收器11、第一回?zé)崞?0 以及第二回?zé)崞?3均是換熱器，可以采用噴淋式或沉浸式，也可以是套管式或其他形式， 其換熱管可以是普通管也可以是強(qiáng)化管。所述的提升管2主要起到提升溶液和驅(qū)動溶液循環(huán)的作用，可以是一般金屬管， 也可以為耐壓軟管。所述的第一氣液分離器3和第二氣液分離器6的作用是將進(jìn)入其中的兩相混合物 平衡分離，氣相從其頂部流出，液相從其底部流出。所述的第一儲液器9、第二儲液器12與普通制冷裝置中儲液器類似；精餾裝置4 與普通制冷裝置中精餾裝置類似。上述所說的各個部件之間的連接采用金屬管路連接，高溫管路外包裹保溫材料。本實施例采用H2O為制冷劑，四甘醇二甲醚(E181)為吸收劑，R1150為擴(kuò)散劑。本實施例主要由三個模塊組成發(fā)生分離模塊、制冷劑吸收模塊和擴(kuò)散劑吸收模 塊。1)發(fā)生分離模塊富含擴(kuò)散劑R1150和富含制冷劑H2O的吸收劑E181濃溶液在發(fā)生器1中混合并被中溫?zé)峒訜?，擴(kuò)散劑R1150氣體首先被發(fā)生出來，由于擴(kuò)散劑R1150的 存在，吸收劑E181濃溶液中的制冷劑H2O向其中擴(kuò)散，從而制冷劑H2O氣體被發(fā)生出來，并 被浮力在提升管2中推升，同時帶動部分吸收劑E181稀溶液至第一氣液分離器3。制冷劑 H2O和擴(kuò)散劑R1150混合氣體從第一氣液分離器3分離后繼續(xù)上升，在精餾裝置4中將其中 殘留的吸收劑E181進(jìn)一步去除，然后上升至冷凝器5，在其中部分冷凝后放出低溫冷凝熱 至環(huán)境，隨后流到第二氣液分離器6。由于擴(kuò)散劑R1150與制冷劑H2O的沸點差很大，第二 氣液分離器6中的液相基本上是純制冷劑H2O,而氣相是純擴(kuò)散劑R1150氣體。液體制冷劑 H2O靠重力向下流至蒸發(fā)器7，被中溫?zé)峒訜釟饣?，吸收劑Rl 150氣體則進(jìn)入第二吸收器11。2)制冷劑吸收模塊一部分吸收劑E181稀溶液從第一氣液分離器3流出，靠重力 向下流過第一調(diào)節(jié)閥14，并在第一回?zé)崞?0中被加熱后流進(jìn)第一吸收器8，吸收來自蒸發(fā) 器7的制冷劑H2O氣體。吸收過程中會有少量的擴(kuò)散劑R1150氣體從吸收劑E181溶液中 擴(kuò)散出來，需要通過吸收器8頂部和冷凝器5進(jìn)口之間擴(kuò)散劑平衡管，回流到冷凝器5的進(jìn) 口，與來自精餾裝置4的制冷劑H2O和擴(kuò)散劑Rl 150混合氣混合。而吸收終了的富含制冷劑 H2O的吸收劑E181濃溶液則靠重力經(jīng)第一儲液器9流回第一回?zé)崞?0，放熱后再次被送入 發(fā)生器1中發(fā)生。3)擴(kuò)散劑吸收模塊另一部分吸收劑E181稀溶液從第一氣液分離器3流出，靠重 力向下流過第二調(diào)節(jié)閥15，并在第二回?zé)崞?3中被冷卻后流進(jìn)第二吸收器11，吸收來自第 二氣液分離器6的擴(kuò)散劑R1150氣體。吸收終了的富含擴(kuò)散劑R1150的吸收劑E181濃溶 液則靠重力經(jīng)第二儲液器12流回第二回?zé)崞?3，吸熱后再次被送入發(fā)生器1中發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器，其特征在于包括發(fā)生分離模塊、制冷劑吸 收模塊和擴(kuò)散劑吸收模塊三部分；發(fā)生分離模塊包括發(fā)生器(1)、提升管O)、第一氣液分 離器C3)、精餾裝置(4)、冷凝器( 和第二氣液分離器(6)；發(fā)生器(1)的第一端口(Ia)與 第一回?zé)崞?10)的第二端口(IOb)相連，發(fā)生器(1)的第二端口(Ib)與第二回?zé)崞?13) 的第二端口(13b)相連，發(fā)生器(1)的第三端口(Ic)與提升管O)的底部進(jìn)口相連，提升 管O)的頂部出口經(jīng)第一氣液分離器(3)的第一端口(3a)插入第一氣液分離器(3)高度 的1/2以上，第一氣液分離器C3)的第二端口(3b)與第一調(diào)節(jié)閥(14)的第一端口(14a)相 連，第一氣液分離器(3)的第三端口(3c)與第二調(diào)節(jié)閥(1 的第一端口(15a)相連，第一 氣液分離器(3)的第四端口(3d)與精餾裝置的第一端口 Ga)相連，精餾裝置的 第二端口 Gb)與冷凝器(5)的第一端口(5a)相連，冷凝器(5)的第二端口(5b)與第二氣 液分離器(6)的第一端口(6a)相連，第二氣液分離器(6)的第二端口(6b)與第二吸收器 (11)的第一端口(Ila)相連，第二氣液分離器(6)的第三端口(6c)與蒸發(fā)器(7)的第一 端口(7a)相連；制冷劑吸收模塊包括蒸發(fā)器(7)、第一吸收器(8)、第一儲液器(9)、第一回 熱器(10)和第一調(diào)節(jié)閥(14)；蒸發(fā)器(7)的第二端口(7b)與第一吸收器(8)的第一端口 (8a)相連，第一吸收器(8)的第二端口(8b)與冷凝器( 的第一端口(5a)相連，第一吸收 器⑶的第三端口(8c)與第一回?zé)崞?10)的第四端口(IOd)相連，第一吸收器⑶的第 四端口(8d)與第一儲液器(9)的第一端口(9a)相連，第一儲液器(9)的第二端口(9b)與 第一回?zé)崞?10)的第一端口(IOa)相連，第一回?zé)崞?10)的第三端口(IOc)與第一調(diào)節(jié)閥 (14)的第二端口(14b)相連；擴(kuò)散劑吸收模塊包括第二吸收器(11)、第二儲液器(12)、第 二回?zé)崞?13)和第二調(diào)節(jié)閥(15)；第二吸收器(11)的第二端口(lib)與第二回?zé)崞?13) 的第四端口(13d)相連，第二吸收器(11)的第三端口(Ilc)與第二儲液器(12)的第一端 口(12a)相連，第二儲液器(12)的第二端口(12b)與第二回?zé)崞鞯?13)第一端口(13a) 相連，第二回?zé)崞?13)的第三端口(13c)與第二調(diào)節(jié)閥(15)的第二端口(15b)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器，其特征在于所述的 冷凝器(5)的位于熱變換器最高的位置，第二氣液分離器(6)的位置低于冷凝器(5)的位 置，蒸發(fā)器(7)的位置低于第二氣液分離器(6)的位置，第一吸收器(8)的位置低于蒸發(fā) 器(7)的位置，第一儲液器(9)的位置低于第一吸收器(8)的位置，第二儲液器(1 的位 置低于第二吸收器(11)的位置，第一回?zé)崞?10)的位置低于第一儲液器(9)的位置，第二 回?zé)崞?1 的位置低于第二儲液器(1 的位置，精餾裝置的位置低于冷凝器(5)的 位置，第一氣液分離器(3)的位置低于精餾裝置(4)的位置，提升管O)的位置低于第一氣 液分離器(3)的位置，第一氣液分離器(3)的第二端口(3b)高于第一吸收器(8)的第三端 口(8c)和第一調(diào)節(jié)閥(14)的位置，第一氣液分離器(3)的第三端口(3c)高于第二吸收器 (11)的第二端口(lib)和第二調(diào)節(jié)閥(1 的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器，其特征在于制冷劑 為水、碳烴類、烴的鹵化物、醇類或醚類中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器，其特征在于擴(kuò)散劑 為氫氣、惰性氣體、碳烴類、烴的鹵化物或二氧化碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器，其特征在于吸收劑 為鹽類、醇類或醚類、酮類、胺類、醛類或離子液體中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散吸收式熱變換器，其特征在于所述的第一調(diào)節(jié)閥 (14)和第二調(diào)節(jié)閥(1 為手動截止閥、自動截止閥、流量調(diào)節(jié)閥或毛細(xì)管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無運動部件的擴(kuò)散吸收式熱變換器。本發(fā)明包括發(fā)生分離模塊、制冷劑吸收模塊和擴(kuò)散劑吸收模塊三部分。發(fā)生分離模塊具有依次連接的發(fā)生器、提升管、第一氣液分離器、精餾裝置、冷凝器和第二氣液分離器，制冷劑吸收模塊具有依次連接的蒸發(fā)器、第一吸收器、第一儲液器、第一回?zé)崞骱偷谝徽{(diào)節(jié)閥，擴(kuò)散劑吸收模塊具有依次連接的第二吸收器、第二儲液器、第二回?zé)崞骱偷诙{(diào)節(jié)閥。本發(fā)明采用熱驅(qū)動氣泡泵實現(xiàn)吸收劑溶液和制冷劑液體的同時泵送，完全不消耗電能，提高了運行的可靠性。特別適用于中低溫?zé)豳Y源豐富，電力緊張，同時又需要使用高溫?zé)岬膱龊?，有良好的?yīng)用前景。
文檔編號F25B41/04GK102121761SQ20111004684
公開日2011年7月13日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者孫淑飛, 王勤, 郝楠, 陳光明, 龔磊 申請人:浙江大學(xué)